(A) Figura esquemática del mecanismo de la batería: el electrolito de estado cuasi sólido mejora el rendimiento de la batería al regular el almacenamiento de iones. (B) Perfil de voltaje del QSMB en comparación con una batería que utiliza una solución acuosa tradicional: la supresión del almacenamiento de protones facilita la inserción de iones de magnesio de alto voltaje en el cátodo. (C) Comparación de la literatura sobre las baterías de iones de Mg actuales, incluidas las baterías de iones de Mg de estado casi sólido (QSMB), las baterías de iones de Mg acuosas (AMB) y las baterías de iones de Mg no acuosas (NAMB).
Destacado recientemente en Avances científicos Bajo el título “Baterías de iones de magnesio de próxima generación: el enfoque de estado cuasi sólido para el almacenamiento de iones metálicos multivalentes”, la nueva batería de iones de magnesio tiene el potencial de revolucionar la industria. “Es un avance revolucionario”, afirmó el profesor Leung.
En los últimos años, las baterías de iones de magnesio han surgido como una solución potencial a la luz de las limitaciones de las baterías de iones de litio. Sin embargo, el camino hacia el desarrollo de baterías eficientes de iones de magnesio ha estado plagado de desafíos, incluida la necesidad de superar la estrecha ventana electroquímica en los sistemas acuosos o a base de agua, y la mala conductividad iónica en los sistemas no acuosos.
Para abordar estos obstáculos, el equipo del profesor Leung desarrolló una batería de iones de Mg de agua en sal con un voltaje de funcionamiento superior a 2 V. Sin embargo, todavía está por detrás de sus contrapartes no acuosas debido al predominio del protón sobre el almacenamiento de iones de Mg en el cátodo. .
“Los iones de hidrógeno, o protones, son más pequeños y ligeros en comparación con los iones metálicos. Debido a su tamaño, los protones pueden penetrar fácilmente en la estructura catódica de la batería. Sin embargo, esto crea un problema porque los protones y los iones de Mg compiten por el espacio, lo que limita severamente la cantidad de energía que la batería puede almacenar y su duración”, dijo Sarah Leong, estudiante de doctorado en el equipo del profesor Leung y primera autora del estudio.
Sin embargo, los incansables esfuerzos del equipo finalmente dieron sus frutos con la introducción de la batería de iones de magnesio de estado cuasi sólido (QSMB), un diseño de batería innovador que utiliza un electrolito mejorado con polímero para controlar la competencia entre protones e iones metálicos. .
QSMB cuenta con una impresionante meseta de voltaje de 2,4 V y una densidad de energía de 264 W·h kg⁻¹, superando el rendimiento de las baterías de iones de magnesio actuales y casi igualando el rendimiento de las baterías de iones de litio.
El profesor Leung destacó: “Nuestra batería de iones de magnesio de estado casi sólido combina lo mejor de ambos mundos, ofreciendo el alto voltaje de los sistemas no acuosos y la seguridad y rentabilidad de los sistemas acuosos. Representa un gran paso adelante en el desarrollo de baterías de iones de magnesio de alto rendimiento”.
Para someter el QSMB a la prueba definitiva, el equipo de investigación realizó extensas pruebas de ciclismo con resultados sorprendentes. Incluso en condiciones extremas de temperaturas bajo cero (-22°C), el QSMB conservó un impresionante 90% de su capacidad después de 900 ciclos. La batería tampoco es inflamable y resistente a presiones superiores a 40 presiones atmosféricas. Este nivel de durabilidad y rendimiento convierte al QSMB en un candidato prometedor para la electrónica de consumo, incluso en climas más fríos.
El Dr. Wending Pan, profesor asistente de investigación en el equipo del profesor Leung, cree que la tecnología QSMB tiene el potencial de remodelar el panorama del almacenamiento de energía y alimentar nuestro mundo de manera sostenible.
Dijo: “La estrategia avanzada de desarrollo de electrolitos presentada en nuestra investigación tiene potencial más allá de las baterías de iones de magnesio, extendiéndose a otras baterías de iones metálicos multivalentes, como las de iones de zinc y de aluminio. Creemos que este estudio allanará el camino para la próxima generación de soluciones de almacenamiento de energía que no sólo sean eficientes sino también respetuosas con el medio ambiente”.
Enlace al artículo: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh1181
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